Vad är ett tåg av aktionspotentialer?

Ett tåg eller kedja av aktionspotentialer (spik tåg på engelska) är en sekvens av tidsregistrering där en neuron avfyrar elektriska signaler eller nervimpulser. Denna speciella form av kommunikation mellan neuroner är föremål för intresse och studie av det neurovetenskapliga samfundet, även om många svar återstår att besvara.

I den här artikeln kommer vi att se vad dessa aktionspotentialer är, vad är deras varaktighet och struktur, i vad består av begreppet neural kodning och vilket forskningsläge som finns för närvarande inom detta ämne.

• Relaterad artikel: "Typer av neuroner: egenskaper och funktioner"

Vad är ett tåg av aktionspotentialer?

För att förstå vad aktionspotentialtåg är, låt oss först titta på vad en aktionspotential består av.

Våra hjärnor innehåller ca hundra miljarder neuroner avfyrar signaler för att konstant kommunicera med varandra. Dessa signaler är elektrokemiska till sin natur och färdas från cellkroppen i en neuron, genom dess axon eller neurit, till nästa neuron.

Var och en av dessa elektriska signaler eller impulser är känd som en aktionspotential. Handlingspotentialer uppstår som svar på stimuli eller spontant, och

varje skott varar vanligtvis 1 millisekund.

Ett tåg av aktionspotentialer är helt enkelt en kombinerad sekvens av avfyring och icke-avfyring. För att göra det lättare att förstå: låt oss föreställa oss en digital sekvens av nollor och ettor, som i ett binärt system; vi skulle tilldela en 1 för resan och en 0 för ingen resa. I så fall skulle ett tåg av aktionspotentialer kunna kodas som en numerisk sekvens, såsom: 00111100. De två första nollorna skulle representera latenstiden mellan presentationen av stimulansen och den första avfyrningen eller aktionspotentialen.

Aktionspotentialtåg kan genereras genom direkt sensorisk input från syn, beröring, ljud eller lukt; och de kan också induceras av abstrakta stimuli som utlöses av användningen av kognitiva processer som minne (genom att väcka minnen till exempel).

• Du kanske är intresserad av: "Handlingspotential: vad är det och vilka är dess faser?"

varaktighet och struktur

Varaktigheten och strukturen för ett tåg av aktionspotentialer beror i allmänhet på stimulansens intensitet och varaktighet. Dessa typer av aktionspotentialer varar vanligtvis och förblir "på" så länge som stimulansen är närvarande.

Men vissa neuroner har speciella elektriska egenskaper som gör att de producerar ett ihållande svar på en mycket kort stimulans. I denna typ av neuroner tenderar stimuli med högre intensitet att provocera fram längre tåg av aktionspotentialer..

När aktionspotentialer upprepade gånger registreras från en neuron som svar på stimuli förändras (eller när en organism genererar olika beteenden), tenderar de att upprätthålla en relativt stabil. Emellertid varierar avfyrningsmönstret för varje tåg av aktionspotentialer när stimulansen ändras; I allmänhet ändras hastigheten med vilken skott avfyras (skotthastigheten) beroende på olika förhållanden.

neural kodning

aktionspotentialtåg har varit och fortsätter att vara av intresse för det neurovetenskapliga samfundet, med tanke på dess egenheter. Många forskare försöker i sina studier ta reda på vilken typ av information som är kodad i dessa aktionspotentialer och hur neuroner kan avkoda den.

Neural kodning är ett område inom neurovetenskap som studerar hur sensorisk information representeras i vår hjärna med hjälp av neurala nätverk. Forskare stöter ofta på stora svårigheter med att försöka tyda aktionspotentialståg.

Det är svårt att tänka på ett tåg av aktionspotentialer som en rent binär utgångsenhet.. Neuroner har en lägsta aktiveringströskel och avfyrar endast om stimulansens intensitet är över den tröskeln. Om en konstant stimulans presenteras, kommer ett tåg av aktionspotentialer att genereras. Aktiveringströskeln kommer dock att öka med tiden.

Det senare, som är vad som kallas sensorisk anpassning, är resultatet av processer som synaptisk desensibilisering, en minskning av svaret på den konstanta stimulans som produceras vid synapsen (den kemiska kopplingen mellan två neuroner).

Detta resultat kommer att leda till en minskning av avfyrningen i samband med stimulansen, som så småningom kommer att minska till noll. nämnda process hjälper hjärnan att inte överbelastas med information från omgivningen som förblir oförändrad. Till exempel när vi efter ett tag slutar känna lukten av parfymen som vi applicerat eller när vi anpassar oss till ett bakgrundsljud som till en början stör oss.

Senare forskning

Som vi redan vet kommunicerar neuroner genom generering av aktionspotentialer, vilket är kan spridas från en neuron (sändande eller presynaptisk) till en annan (mottagande eller postsynaptisk) genom synaps. Således, när den presynaptiska neuronen genererar aktionspotentialen, kan den postsynaptiska neuronen ta emot den och generera ett svar som så småningom kan producera en ny handlingspotential, i detta fall postsynaptisk.

Olika sekvenser eller tåg av presynaptiska aktionspotentialer producerar i allmänhet olika kedjor av postsynaptiska aktionspotentialer. Det är på grund av det det neurovetenskapliga samfundet tror att det finns en "neural kod" förknippad med tidpunkten för aktionspotentialer; det vill säga att samma neuron skulle kunna använda flera olika sekvenser av aktionspotentialer för att koda, å sin sida, olika typer av information.

Å andra sidan, den elektriska aktiviteten hos en neuron är vanligtvis säkert varierande, och bestäms sällan helt av stimulansen. Före successiva upprepningar av samma stimulus kommer neuronen att svara varje gång med en annan kedja av aktionspotentialer. Hittills har forskare inte kunnat karakterisera neuronernas svar på stimuli, och de har inte heller tydligt kunnat avgöra hur information kodas.

Vad man hittills hade tänkt är att all information som lagrats i ett tåg av aktionspotentialer var kodad i sin frekvens; det vill säga i antalet aktionspotentialer som uppstår per tidsenhet. Men under de senaste åren undersöks möjligheten att de exakta ögonblicken då varje aktionspotential inträffar kan innehålla kritisk information och t.o.m. en "neural signatur"; det vill säga ett slags tidsmönster som skulle göra det möjligt att identifiera den emitterande neuronen.

De senaste undersökningarna pekar på utformningen av en ny metod som skulle göra det möjligt att karakterisera en kedja av aktionspotentialer baserade på tidpunkterna för var och en av aktionspotentialerna samma. Genom att tillämpa denna procedur skulle det vara möjligt att anpassa de olika sekvenserna och bestämma vilka aktionspotentialer som är ekvivalenta i var och en av kedjorna. Och med den informationen, den statistiska fördelningen som följer varje aktionspotential i ett hypotetiskt "idealt tåg" skulle kunna beräknas.

Det ideala tåget av aktionspotentialer skulle representera det gemensamma mönstret, av vilket vart och ett av de faktiska tågen bara är en konkret realisering. När den väl har karakteriserats skulle det vara möjligt att veta om en ny kedja av aktionspotentialer skulle kunna passa fördelningen eller inte, och därför veta om den kodar samma information. Detta koncept med det ideala tåget kan ha intressanta implikationer för studiet och tolkningen av den neurala koden, såväl som för att förstärka teorin om neurala signaturer.

Bibliografiska referenser:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. R.R., Bialek, W. (1998). Entropi och information i neurala spiktåg. Phys Rev Lett; 80:s. 197 - 200.